Простейшим стабилизатором постоянного напряжения является параметрический стабилизатор, схема которого приведена на рис. 3. Стабилизация напряжения необходима в тех случаях, когда напряжение питания какого-либо участка электронного устройства не должно изменяться при изменениях напряжения первичного источника питания (напряжения сети или батареи), а также при изменениях тока, потребляемого этим участком устройства. Может также оказаться необходимым стабилизировать питание всего устройства. Строго говоря, добиться идеальной стабилизации, то есть совершенно постоянного напряжения на выходе стабилизатора, нельзя. Поэтому задачей стабилизатора является ослабить влияние изменений входного напряжения и изменений тока нагрузки на его выходное напряжение.
Принцип действия параметрического стабилизатора основан на свойстве стабилитрона резко изменять проходящий через него ток при небольших изменениях приложенного напряжения. От этого параметра и зависит степень стабилизации напряжения, что послужило причиной названия такой схемы. Каждый тип стабилитрона характеризуется напряжением стабилизации Uст, минимальным Iмин и максимальным Iмакс токами стабилизации. Стабилизация напряжения на сопротивлении нагрузки RHосуществляется за счет того, что почти все изменение входного напряжения благодаря изменению тока через стабилитрон падает на балластном резисторе R6.Через балластный резистор протекает сумма токов стабилитрона и нагрузки. При увеличении входного напряжения увеличивается напряжение на нагрузке и на стабилитроне, что вызывает резкое увеличение тока через стабилитрон. Увеличивается падение напряжения на балластном резисторе, поэтому увеличение напряжения на стабилитроне и на нагрузке оказывается значительно меньше, чем изменение входного напряжения. Аналогично происходит стабилизация и при уменьшении входного напряжения. При увеличении тока нагрузки напряжение на ней и на стабилитроне уменьшается, что приводит к резкому уменьшению тока стабилитрона. Поэтому суммарный ток через балластный резистор поддерживается почти прежней величины, чем и достигается стабилизация выходного напряжения.
При расчете параметрического стабилизатора нужно знать номинальный ток нагрузки и выбрать номинальный ток стабилитрона, примерно равный полусумме его минимального и максимального токов стабилизации. Сложив номинальные токи стабилитрона и нагрузки, находят номинальный ток через балластный резистор. Затем выбирают входное напряжение U0, примерно равное 1,5 Uст. Чем больше входное напряжение, тем лучше стабилизация. Наконец, определяется сопротивление балластного резистора, Для этого разность между входным напряжением и напряжением стабилизации делится на ток через балластный резистор. Перемножая эти же величины, находят мощность, выделяемую на балластном резисторе в номинальном режиме. На этом расчет стабилизатора заканчивается.
Можно определить значения максимального и минимального входного наиряжений, при которых будет поддерживаться стабилизация выходного напряжения. Для этого к току нагрузки прибавляют максимальный или минимальный ток стабилитрона и сумму умножают на сопротивление балластного резистора, определяя падение на нем напряжения при максимальном и минимальном токах. Прибавив к полученным падениям напряжения напряжение стабилизации, находятся пределы входного напряжения. Чем меньше ток нагрузки по сравнению с током стабилитрона, тем лучше стабилизация. Иногда полагают, что если ток нагрузки в несколько раз больше номинального тока имеющегося стабилитрона, его нельзя использовать для стабилизации. Такое мнение ошибочно: в подобных случаях сокращаются пределы изменения входного напряжения, при которых обеспечивается стабилизация и приходится увеличивать входное напряжение и соответственно балластное сопротивление.
Промышленностью выпускается широкий ассортимент кремниевых стабилитронов на самые различные напряжения стабилизации, минимальные и максимальные токи. Однако в устаревшей аппаратуре еще встречаются газонаполненные стабилитроны, которые также характеризуются аналогичными, приведенными выше параметрами. Схемы их включения и способ расчета стабилизатора те же.
